【正文】 對于采用主從結構的BITBUS總線的電梯串行通訊系統(tǒng)，如果進行冗余容錯就必須對整個系統(tǒng)進行冗余，這顯然很復雜且很不經濟。為使系統(tǒng)具有容錯能力，必須在系統(tǒng)中增加適當的冗余單元，保證當某個單元發(fā)生故障時能由冗余單元接替其工作，原單元修復后再恢復出錯前的狀態(tài)。當系統(tǒng)出現異常，通過硬件自診斷機能和測度機能檢出后，迅速進行自我故障排除，若不能排除，則迅速報警，并將故障信息顯示于控制柜操作面板。 降低系統(tǒng)各單元的MTTR 采用CANBUS總線的電梯串行通訊系統(tǒng)由于采用了模塊結構設計，各個模塊功能簡單，易于維護，在發(fā)生故障時便于及時發(fā)現故障位置，迅速更換，有利于縮短系統(tǒng)的平均維修時間MTTR，從而提高系統(tǒng)的利用率。可以預見在不遠的將來，CANBUS將逐漸取代BITBUS，成為電梯串行通訊系統(tǒng)中的主流產品。CAN的每幀信息都有CRC校驗及檢錯措施，而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重時具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，使總線上其它操作不受影響，具有很高的可靠性。其潛在的危險就是采用了集中控制方式，一旦主節(jié)點出現故障，整個系統(tǒng)將癱瘓，而具有多主結構的CANBUS總線卻可以克服上述缺點。此外，結構上的分散也就意味著控制的分散、供電的分散、負荷的分散和干擾的分散，因此從根本上分散了影響系統(tǒng)可靠性的外部因素，從而保證系統(tǒng)能夠達到很高的MTBF。因此，電梯串行通訊系統(tǒng)最好設計成集散控制系統(tǒng)，即將整個系統(tǒng)分解為多個自律性極強的獨立單元，每一單元都比較簡單，可靠性大為提高。另一個重要指標則是故障平均修復時間MTTR(Mean Time To Repair)。衡量產品可靠性的常用量化指標主要有：可靠度、失效率、平均壽命、平均維修時間和利用率等。其定義為：產品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。因此，在電梯串行通訊系統(tǒng)的設計中，如何增強系統(tǒng)的抗干擾能力、提高系統(tǒng)工作的可靠性是一個不容忽視的重要內容。 并聯(lián)電梯調度方法的研究 電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性設計 文君摘要： 介紹了電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性設計的基本方法及硬件抗干擾措施，并對軟件可靠性設計技術進行了初步探討。 在實驗室調試的基礎上，采用上述方法，實地對兩臺17層電梯進行改造，經有關部門檢測和近一年的實際運行表明，系統(tǒng)運行可靠，乘坐舒適，故障率大為降低，平層精度在177。當其值進入DM34與DM35區(qū)段時，HR01置位，表示進入快速換速區(qū)間；若此時有選層信號且電梯為快速運行，則發(fā)快速換速信號（0503置ON）。 以上行為例，DM31快速換速點對應的脈沖數是樓層間距DM30與快速換速舉例DM01之差；DM31和DM30的值分別賦給DM34和DM35。 快速換速工作原理 限于篇幅，本文僅對快速換速工作原理進行介紹，梯形圖如圖5所示。 脈沖信號故障檢測 脈沖信號的準確采集和傳輸在本系統(tǒng)中顯得尤為重要，為檢測旋轉編碼器和脈沖傳輸電路故障，設計了有無脈沖信號和錯漏脈沖檢測電路，通過實時檢測確保系統(tǒng)正常運行。程序流程圖如圖4所示。中速換速與快速換速判斷方法類似，不再重復。若電梯中速運行或雖快速運行但本層無選層信號，則不發(fā)換速信號。為防止計數器在計數脈沖高電平期間重復計數，采用樓層計數信號上沿觸發(fā)樓層計數器。樓層計數程序流程圖如圖2 所示。運行前通過自學習方式，測出相應樓層高度脈沖數，對應17層電梯分別存入16個內存單元DM06 ~ DM21。下面針對在實現集選控制基礎上新增添的樓層計數、快速換速、中速換速、門區(qū)和平層信號5個子程序進行介紹。電梯在運行過程中，通過位置信號檢測，軟件實時計算以下位置信號：電梯所在樓層位置、快速換速點、中速換速點、門區(qū)信號和平層位置信號等。5mm內，大大低于國標177。1個脈沖當量范圍。高速計數器的值不斷地與各信號點對應的脈沖數進行比較，由此判斷電梯的運行距離、換速點、平層電和制動停車點等信號。電梯位移 h=SI 式中 I——累計脈沖數 S——脈沖當量 S = lpD / (pr) （1） 本系統(tǒng)采用的減速機，其減速比l = 1/32，曳引輪直徑D = 580mm，電機額定轉速ned = 1450r/min，旋轉編碼器每轉對應的脈沖數p = 1024，PG卡分頻比r = 1/18，代入式（1）得 S = / 脈沖 3 程序設計 利用變頻器PG卡輸出端（）將脈沖信號引入PLC的高速計數輸入端0000，構成位置反饋。采用變頻調速雙環(huán)控制可基本滿足要求，但和國外高性能電梯相比還需進一步改進。變頻器本身設有電流檢測裝置，由此構成電流閉環(huán)；通過和電機同軸聯(lián)接的旋轉編碼器，產生a、b兩相脈沖進入變頻器，在確認方向的同時，利用脈沖計數構成速度閉環(huán)。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，向變頻器發(fā)出運行方向、啟動、加/減速運行和制動停梯等信號。 PLC控制電路 選用OMRON公司C系列60P型PLC。 Q1——三相電源斷路圖 K1——電源控制接觸器 K2——負載電機通斷控制接觸器 VS——變頻器 BU——制動單元 RB——能耗制動電阻 M——主拖動曳引電機 主電路 主電路由三相交流輸入、變頻驅動、曳引機和制動單元幾部分組成。本設計在用PLC控制變頻調速實現電流、速度雙閉環(huán)的基礎上，在不增加硬件設備的條件下，實現電流、速度、位移三環(huán)控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。 1 引言 隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。PLC在電梯位移控制中的應用本文采用PLC和變頻器實現電梯常規(guī)控制的基礎上，利用旋轉編碼器發(fā)出的脈沖信號構成位置反饋，實現電梯的精確位移控制。通過PLC程序設計實現樓層計數、換速信號、門區(qū)和平層信號的數字控制，取代井道位置檢測裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性和平層精度。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規(guī)模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活。 2 硬件電路 系統(tǒng)硬件結構圖如圖1 所示，其各部分功能說明如下。由于采用交直交電壓型變頻器，在電梯位勢負載作用下，制動時回饋的能量不能饋送回電網，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動方式。PLC接收來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經程序判斷與運算實現電梯的集選控制。 電流、速度雙閉環(huán)電路 采用YASAKWA公司的VS616G5 CIMRG5A 4022變頻器。 位移控制電路 電梯作為一種載人工具，在位勢負載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙蚀_。本設計正是基于這一想法，利用現有旋轉編碼器構成速度環(huán)的同時，通過變頻器的PG卡輸出與電機速度及電梯位移成比例的脈沖數，將其引入PLC的高速計數輸入端口0000，通過累計脈沖數，經世式（1）計算出脈沖當量，由此確定電梯位置。高速計數器（CNT47）累加的脈沖數反映電梯的位置。理論上這種控制方式其平層誤差可在177。在考慮減速機齒輪嚙合間隙等機械因素情況下，電梯的平層精度可達177。15mm的標準，滿足電梯起制動平滑，運行平穩(wěn)，平層準確的要求。由此省去原來每層在井道中設置的上述信號檢測裝置，大大減少井道檢測元件和信號連線，降低成本。 樓層計數 本設計采用相對計數方式。 樓層計數器（CNT46）為一雙向計數器，當到達各層的樓層計數點時，根據運行方向進行加1或減1計數。 運行中，高速計數器累計值實時與樓層計數點對應的脈沖數進行比較，相等時發(fā)出樓層計數信號，上行加1，下行減1。 快速換速 當高速計數器值與快速換速點對應的脈沖數相等時，若電梯處于快速運行且本層有選層信號，發(fā)快速換速信號。程序流程圖如圖3所示。 門區(qū)信號 當高速計數器CNT47數值在門區(qū)所對應脈沖數范圍內時，發(fā)門區(qū)信號。平層信號與區(qū)信號判斷方法類似，不再重復。為消除脈沖計數累計誤差，在基站設置復位開關，接入PLC高速計數器CNT47的復位端0001。 圖中數據存儲單元DM01為快速換速距離脈沖數，DM30為樓層間距脈沖數，DM31為快速換速點對應的脈沖數，DM34為高速換速比較區(qū)間下限，DM35為高速換速比較區(qū)間上限，HR01為快速換速點開始信號，1507為快速運行信號，1700為選層信號，0010為零速信號，0503為快速換速輸出信號。運行時高速計數器不斷累加脈沖數，每個掃描周期計數器的值與DM34~ DM35區(qū)段進行比較。 4 結論 本文所述系統(tǒng)基于電氣集選控制原則，采用脈沖計數方法，用脈沖編碼器取代井道中原有的位置檢測裝置，實現位移控制，用軟件代替部分硬件功能，既降低系統(tǒng)成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，實現電梯的全數字化控制。5mm以內，取得了良好的運行效果。 關鍵詞： 串行通訊 可靠性 抗干擾 硬件 軟件 電梯工作現場往往存在大量的干擾源，電梯控制系統(tǒng)一旦因干擾而產生故障，很可能釀成嚴重的后果。 1 可靠性的基本概念 可靠性是產品的質量指標。其中規(guī)定條件是指產品工作時所處的環(huán)境條件、維護條件、使用條件等；規(guī)定時間是指產品能夠正常工作的起止時間；規(guī)定功能則是指產品應當實現的功能。 在電梯串行通訊系統(tǒng)中，故障應當都是可以修復的，因此其平均壽命的確切含義應當是平均故障間隔時間MTBF(Mean Time Between Failure）。 2 保證電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性的方法 提高系統(tǒng)各單元的MTBF 根據可靠性設計的有關理論，單元越簡單，可靠性就越高。而且當某一單元發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)。 目前在電梯串行通訊技術中占主導地位的是主從結構的BITBUS網絡系統(tǒng)，它采用RS485總線，通訊結構為命令、響應式。它可以多主方式工作，網絡上任一節(jié)點可以在任一時刻向網絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，因此可以很方便地構成冗余（容錯）系統(tǒng)。因此，采用CANBUS總線很容易構成“集中管理、分散控制”的集散控制系統(tǒng)。 另外，在硬件電路板制作時，對所用元器件應嚴格篩選，選用具有低失效率的器件，對某些重要的元器件進行降級使用，元件在使用前進行老化處理使之進行偶然失效期等，從而在元件級很大程序地保證系統(tǒng)高可靠性。此外，還應開發(fā)使用在線快速排除故障的設計方法，使用硬件自診斷和故障部件的自動隔離、自動恢復和熱機插撥技術。 冗余與容錯設計 容錯設計的出發(fā)點是承認各單元發(fā)生故障的可能，進而設法保證即使某單元發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能正常工作。所以容錯與冗余是同時使用的技術。而對于采用多主結構的CANBUS網絡的電梯串行通訊系統(tǒng)，由于各單元的相對獨立和相對簡化，使得冗余容錯比較容易實現，同時還便于在冗余時突出重點（如電梯操縱箱），減少不必要的冗余，從而使系統(tǒng)更加經濟實用。其中1臺作為主機投入系統(tǒng)運行，另一臺作為備份機也處于通電狀態(tài)。而故障排除后，原主機則轉為備份機，處于待命狀態(tài)。 診斷技術 診斷技術實質上是一種檢測技術。 例如，對于電梯串行通訊系統(tǒng)中的單片機，受外界干擾時可能會產生程序彈飛這一問題，可以設置監(jiān)視跟蹤定時器來監(jiān)視程序運行狀態(tài)。 3 串行通訊系統(tǒng)硬件抗干擾措施 電梯串行通訊系統(tǒng)中的元器件由于經過篩選和老化處理，因此可靠性很高，平均無故障間隔時間MTBF很長，因此引起控制系統(tǒng)故障的原因多半不在于其本身，而在于從各種渠道進入控制系統(tǒng)的干擾信號。為減少系統(tǒng)的錯誤和故障，提高系統(tǒng)的可靠性，就必須采用抗干擾措施，提高系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力。產生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合，長線傳輸的互感，空間電磁場引起的磁場耦合以及50Hz工頻的高次諧頻干擾等。這是由于雙絞線中每個絞線環(huán)繞向的互反特征，從而使各個小環(huán)路的電磁感應互相抵消。 共模干擾 共模干擾是由于微處理器、放大器地和信號源地之間的電位差而產生的干擾，也稱為縱向干擾或共態(tài)干擾。 共模干擾的抑制措施主要有如下3種：變壓器隔離、光電隔離和浮地屏蔽。光電隔離是利用光電耦合器來實現兩個電路系統(tǒng)間的隔離。相比較而言,光電隔離體積小,成本低,實現比較容易,應用廣泛。 圖1中，信號從6N137的輸入端引腳輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經片內光通道傳送到光敏二極管，反向偏置的光敏管經光照后導通，經電流—電壓轉換后送到與門的有關輸入端，與門的另一個輸入端為使能端。當輸出信號電源小于觸發(fā)閥值且使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是極電集開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調整電路。 長線傳輸干擾 信號在長線傳輸中會遇到3個問題：一是長線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號延時，三是高速變化的信號在長線中傳輸時會出現波反射現象。 接地技術 接地是抗干擾措施中的關鍵步驟，因此對接地必須慎重處理。 電路板內的信號地 電路板內的信號地分為如下兩種情況： （1）對于采用了諸如模擬放大器、模擬開關、D/A轉換器等高精度模擬器件的電路板，接地必須嚴格要求。 （2）對于純數字電路的電路板，各器件可以允許多點接地，但地線應盡可能粗，并盡量減少串聯(lián)接地的情況。 模擬量輸入信號與屏蔽的接地 （1）如果信號源不接地，差分放大電路端接地，則屏蔽體應在放大器端接地，且接地應保證從放大器到大地的電阻小于1W。（3）如果信號源端與差分放大電路端都必須接地，則對信號必須采用變壓器或光電隔離等措施，且屏蔽體在信號源端接地。 4 串行通訊系統(tǒng)軟件的可靠性設計 利用軟件提高系統(tǒng)可靠性 電梯串行通訊系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，因此系統(tǒng)的可靠性也分硬件可靠性和軟件可靠性兩個方面。但是，要讓整個系統(tǒng)得到理想的可靠性上述措施還顯不夠，還要利用軟件來進一步提高系統(tǒng)的可